Lysavhengig motstand: En omfattende guide

Hva er en lysavhengig motstand?

En lysavhengig motstand (LDR) er definert som et enhet hvis motstand minsker med økende lysintensitet og øker med avtagende lysintensitet. Motstanden til en LDR kan variere fra noen ohmer til flere megaohmer, avhengig av typen og kvaliteten på det brukt material og den omgivende temperaturen.

Symbolet for en lysavhengig motstand vises nedenfor. Pilen indikerer retningen av lyset som treffer den.

Hvordan fungerer en lysavhengig motstand?

Arbeidsprinsippet for en lysavhengig motstand baserer seg på fenomenet fotoledning. Fotoledning er økningen i elektrisk ledeevne hos et materiale når det absorberer fotoner (lyspartikler) med tilstrekkelig energi.

Når lys treffer en LDR, oppføres elektronene i valensbandet (ytterste skall av atomer) av halvledermaterialet og hopper over til ledningsbandet (skallet der elektroner kan bevege seg fritt). Dette skaper flere frie elektroner og hull (positive ladninger) som kan bære elektrisk strøm. Som resultat av dette, minker motstanden til LDR.

Mengden motstandsforandring avhenger av flere faktorer, som:

• Bølgelengde og intensitet av innfallende lys

• Bandgap (energiforskjellen mellom valensbandet og ledningsbandet) av halvledermaterialet

• Dopingnivå (antallet forurensninger lagt til for å endre de elektriske egenskapene) av halvledermaterialet

• Overflateareal og tykkelse av LDR

• Omgivende temperatur og fuktighet

Hva er karakteristikkene til en lysavhengig motstand?

De viktigste karakteristikene ved en lysavhengig motstand er:

• Ikke-linearitet: Forholdet mellom motstand og lysintensitet er ikke lineært, men eksponentielt. Dette betyr at en liten endring i lysintensitet kan føre til en stor endring i motstand, eller motsatt.

• Spektral respons: Følsomheten til en LDR varierer med bølgelengden av lyset. Noen LDR-er reagerer kanskje ikke i det hele tatt på bestemte bølgelengder. Spektral responskurven viser hvordan motstanden endrer seg med ulike bølgelengder for en gitt LDR.

• Respons tid: Respons tiden er tiden det tar for en LDR å endre sin motstand når den blir utsatt for eller fjernet fra lys. Respons tiden består av to komponenter: oppstartstid og nedgangstid. Oppstartstid er tiden det tar for en LDR å redusere sin motstand når den blir utsatt for lys, mens nedgangstid er tiden det tar for en LDR å øke sin motstand når den fjernes fra lys. Vanligvis er oppstartstid hurtigere enn nedgangstid, og begge er i størrelsesorden millisekunder.

• Gjenopprettingsrate: Gjenopprettingsraten er hastigheten hvorvidt en LDR returnerer til sin opprinnelige motstand etter å ha blitt utsatt for eller fjernet fra lys. Gjenopprettingsraten avhenger av faktorer som temperatur, fuktighet og aldringseffekter.

• Følsomhet: Følsomheten til en LDR er forholdet mellom endring i motstand og endring i lysintensitet. Den uttrykkes vanligvis i prosent eller desibel (dB). Høyere følsomhet betyr at en LDR kan oppdage mindre endringer i lysintensitet.

• Effektspesifikasjon: Effektspesifikasjonen til en LDR er den maksimale effekten som kan avgis av en LDR uten å skade den. Den uttrykkes vanligvis i watt (W) eller milliwatt (mW). En høyere effektspesifikasjon betyr at en LDR kan tåle høyere spenninger og strømmer.

Hva slags lysavhengige motstander finnes?

Lysavhengige motstander kan klassifiseres i to typer basert på materialet som er brukt til å konstruere dem:

• Intrinsiske fotoresistorer: Disse er laget av rene halvledermaterialer som silisium eller germanium. De har en stor bandgap og krever høyenergi-fotoner for å oppføre elektroner over den. De er mer følsomme for kortbølget lys (som ultralyset) enn langbølget lys (som infrarødt).

• Ekstrinsiske fotoresistorer: Disse er laget av halvledermaterialer dopet med forurensninger som skaper nye energinivåer over valensbandet. Disse energinivåene er fylt med elektroner som lett kan hoppe over til ledningsbandet med lavere energi-fotoner. Ekstrinsiske fotoresistorer er mer følsomme for langbølget lys (som infrarødt) enn kortbølget lys (som ultralyset).

Tabellen nedenfor summerer noen av de vanlige materialene brukt for intrinsiske og ekstrinsiske fotoresistorer og deres spektrale responsområder.

Hvordan lage en lysavhengig motstand-sirkel?